CN108388016A - 一种基于渐变折射率透镜的OCT光学4f扩束系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于渐变折射率透镜的OCT光学4f扩束系统，涉及光学技术领域。包括后端光线系统，所述后端光线系统的左侧放置有扩束系统和前端光线系统，扩束系统包括渐变折射光纤准直器、短焦距透镜、共焦点和长焦距透镜，后端光线系统的输出端固定连接有渐变折射光纤准直器，渐变折射光纤准直器的左侧放置有短焦距透镜。该基于渐变折射率透镜的OCT光学4f扩束系统，通过设置渐变折射光纤准直器，能使其输出的光束为准直光束且有效的提高该系统的耦合效率，保证了该系统的信噪比不被影响，通过设置短焦距透镜，在长焦距透镜的作用下，能使该系统的输出光束直径变大，解决了渐变折射率透镜口径过小影响系统横向分辨率的问题。
Description
技术领域
本发明涉及光学技术领域，具体为一种基于渐变折射率透镜的OCT光学4f扩束系统。
背景技术
光学相干层析成像简称“OCT”,是20世纪90年代逐步发展而成的一种新的三维层析成像技术，OCT基于低相干干涉原理获得深度方向的层析能力，通过扫描可以垂柳出生物组织或材料内部结构的二维或三维图像，其信号对比度源于生物组织或材料内部光学反射特性的空间变化，该成像模式的核心部件包括宽带光源、迈克尔逊干涉仪和光电探测器，其轴向分辨率取决于宽带光源的相干长度，一般可以达到1－10微米，而径向分辨率与普通光学显微镜类似，决定于样品内部聚焦光斑的尺寸，一般也在微米量级，OCT具有非接触、非侵入、成像速度快、探测灵敏度高等优点，目前，OCT技术已经在临床诊疗与科学研究中获得了广泛应用。
OCT断层扫描成像对前端的光学系统要求比较特殊，一般的光学扫描成像系统通常包括照明光路和成像光路，比如红外眼底镜、共聚焦眼底激光扫描等，而OCT成像的照明与信号捕捉共用一套光路，信号经渐变折射光纤准直器耦合返回到光纤系统中，因此，准直器的耦合效率对于OCT成像的信噪比非常重要，现有的OCT系统常用的准直器为短焦距非球面透镜，口径一般在2-4毫米之间，非球面透镜准直器的优势在于较粗的准直光束输出，可以给系统带来更好的横向分辨率，但其耦合效率一般，会对系统的信噪比产生影响，为此我们提出一种基于渐变折射率透镜的OCT光学4f扩束系统。
发明内容
本发明的目的就是为了弥补现有技术的不足，提供了一种基于渐变折射率透镜的OCT光学4f扩束系统，它具有耦合效率高且不影响系统横向分辨率的优点，解决了现有OCT系统耦合效率一般对系统的信噪比产生影响的问题。
本发明为解决上述技术问题，提供如下技术方案：一种基于渐变折射率透镜的OCT光学4f扩束系统，包括后端光线系统，所述后端光线系统的左侧放置有扩束系统和前端光线系统。
所述扩束系统包括渐变折射光纤准直器、短焦距透镜、共焦点和长焦距透镜，所述后端光线系统的输出端固定连接有渐变折射光纤准直器，所述渐变折射光纤准直器的左侧放置有短焦距透镜，所述短焦距透镜的物方焦点为共焦点，所述短焦距透镜的左侧放置有长焦距透镜。
所述前端光线系统包括第一光束、第二光束、第三光束和第四光束，所述后端光线系统发射的光线经渐变折射光纤准直器准直后输出为呈水平状的第一光束，所述第一光束平行穿过短焦距透镜后输出第二光束，且第二光束远离短焦距透镜的一端汇集至共焦点处，所述共焦点向左发射为第三光束，所述第三光束远离共焦点的一端穿过长焦距透镜后输出为呈水平状态的第四光束。
进一步的，所述长焦距透镜的焦距值是短焦距透镜的焦距值的四倍，所述长焦距透镜的后焦点与共焦点重合。
通过采用上述技术方案，能充分保证第四光束的直径值是第一光束的直径值的四倍，能使第三光束完全投射至长焦距透镜上。
进一步的，所述渐变折射光纤准直器内的准直透镜为渐变折射率透镜，所述渐变折射率透镜的口径大于0.5毫米。
通过采用上述技术方案，能使得返回信号通过渐变折射率透镜耦合至光纤系统，充分提高该系统的耦合效率，能使得该系统的第四光束的直径值至少为2毫米，从而满足该系统的横向分辨率要求。
进一步的，所述长焦距透镜中心线所在的水平面与短焦距透镜中心线所在的水平面位于同一水平高度，所述短焦距透镜中心线所在的水平面与渐变折射光纤准直器中心线所在的水平面位于同一水平高度。
通过采用上述技术方案，能充分保证第四光束始终保持水平状态，能有效的保证共焦点能落至短焦距透镜中心线所在的水平面上。
与现有技术相比，该基于渐变折射率透镜的OCT光学4f扩束系统具备如下有益效果：
1、本发明通过设置渐变折射光纤准直器，能使其输出的光束为准直光束输出且该系统耦合效率可靠的提高，充分的保证了该系统图像的信噪比不被影响，通过设置短焦距透镜，在长焦距透镜的作用下，能使第一光束的直径增大后从长焦距透镜的左侧输出，解决了渐变折射率透镜口径过小影响系统横向分辨率的问题。
2、本发明通过设置长焦距透镜的焦距值是短焦距透镜的焦距值的四倍，能充分保证第四光束的直径值是第一光束的直径值的四倍，通过设置长焦距透镜的后焦点与共焦点重合，能使第三光束完全投射至长焦距透镜上，通过设置渐变折射光纤准直器内的准直透镜为渐变折射率透镜，能使得返回信号通过渐变折射率透镜耦合至光纤系统，充分提高该系统的耦合效率，通过设置渐变折射率透镜的口径大于0.5毫米，能使得该系统的第四光束的直径值至少为2毫米，从而满足该系统的横向分辨率要求，通过设置长焦距透镜中心线所在的水平面与短焦距透镜中心线所在的水平面位于同一水平高度，能充分保证第四光束始终保持水平状态，通过设置短焦距透镜中心线所在的水平面与渐变折射光纤准直器中心线所在的水平面位于同一水平高度，能有效的保证共焦点能落至短焦距透镜中心线所在的水平面上。
附图说明
图1为本发明系统布置构造示意图；
图2为本发明短焦距透镜工作原理图；
图3为本发明长焦距透镜工作原理图。
图中：1-后端光线系统，2-扩束系统，201-渐变折射光纤准直器，202-短焦距透镜，203-共焦点，204-长焦距透镜，3-前端光线系统，301-第一光束，302-第二光束，303-第三光束，304-第四光束。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-3，本发明提供一种技术方案：一种基于渐变折射率透镜的OCT光学4f扩束系统，包括后端光线系统1，后端光线系统1的左侧放置有扩束系统2和前端光线系统3。
扩束系统2包括渐变折射光纤准直器201、短焦距透镜202、共焦点203和长焦距透镜204，后端光线系统1的输出端固定连接有渐变折射光纤准直器201，渐变折射光纤准直器201的左侧放置有短焦距透镜202，短焦距透镜202的物方焦点为共焦点203，短焦距透镜202的左侧放置有长焦距透镜204。
前端光线系统3包括第一光束301、第二光束302、第三光束303和第四光束304，后端光线系统1发射的光线经渐变折射光纤准直器201准直后输出为呈水平状的第一光束301，第一光束301平行穿过短焦距透镜202后输出第二光束302，且第二光束302远离短焦距透镜202的一端汇集至共焦点203处，共焦点203向左发射为第三光束303，第三光束303远离共焦点203的一端穿过长焦距透镜204后输出为呈水平状态的第四光束304。
进一步的，长焦距透镜204的焦距值是短焦距透镜202的焦距值的四倍，能充分保证第四光束304的直径值是第一光束301的直径值的四倍，长焦距透镜204的后焦点与共焦点203重合，能使第三光束303完全投射至长焦距透镜204上。
进一步的，渐变折射光纤准直器201内的准直透镜为渐变折射率透镜，能使得返回信号通过渐变折射率透镜耦合至光纤系统，充分提高该系统的耦合效率，渐变折射率透镜的口径大于0.5毫米，能使得该系统的第四光束304的直径值至少为2毫米，从而满足该系统的横向分辨率要求。
进一步的，长焦距透镜204中心线所在的水平面与短焦距透镜202中心线所在的水平面位于同一水平高度，能充分保证第四光束304始终保持水平状态，短焦距透镜202中心线所在的水平面与渐变折射光纤准直器201中心线所在的水平面位于同一水平高度，能有效的保证共焦点203能落至短焦距透镜202中心线所在的水平面上。
工作原理：将后端光线系统1与渐变折射光纤准直器201对接，后端光线系统1发射的发散光经渐变折射光纤准直器201准直后，其光线平行穿过短焦距透镜202后会聚焦在共焦点203上，由于长焦距透镜204的后焦点与共焦点重合，所以该共焦点203发射的光线穿过长焦距透镜204后，经长焦距透镜204平行出射，由于长焦距透镜204的焦距是短焦距透镜202的4倍，因此长焦距透镜204输出的光束直径值为短焦距透镜202输入的光束直径值的4倍，由于渐变折射率透镜的口径大于0.5毫米，所以长焦距透镜204的输出光束即第四光束至少为2毫米，能够实现对输出的光束进行扩束4倍即至少为2毫米，且采用渐变折射率透镜为光纤准直器的准直透镜有效的保证了光纤耦合的耦合效率，不仅充分保证了该系统的横向分辨率不受影响且提高了该系统的耦合效率使该系统图像信噪比增加。
在本发明的描述中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个引用结构”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。需要说明的是，在本文中，诸如“第一”、“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (4)
1.一种基于渐变折射率透镜的OCT光学4f扩束系统，包括后端光线系统(1)，其特征在于：所述后端光线系统(1)的左侧放置有扩束系统(2)和前端光线系统(3)；
所述扩束系统(2)包括渐变折射光纤准直器(201)、短焦距透镜(202)、共焦点(203)和长焦距透镜(204)，所述后端光线系统(1)的输出端固定连接有渐变折射光纤准直器(201)，所述渐变折射光纤准直器(201)的左侧放置有短焦距透镜(202)，所述短焦距透镜(202)的物方焦点为共焦点(203)，所述短焦距透镜(202)的左侧放置有长焦距透镜(204)；
所述前端光线系统(3)包括第一光束(301)、第二光束(302)、第三光束(303)和第四光束(304)，所述后端光线系统(1)发射的光线经渐变折射光纤准直器(201)准直后输出为呈水平状的第一光束(301)，所述第一光束(301)平行穿过短焦距透镜(202)后输出第二光束(302)，且第二光束(302)远离短焦距透镜(202)的一端汇集至共焦点(203)处，所述共焦点(203)向左发射为第三光束(303)，所述第三光束(303)远离共焦点(203)的一端穿过长焦距透镜(204)后输出为呈水平状态的第四光束(304)。
2.根据权利要求1所述的一种基于渐变折射率透镜的OCT光学4f扩束系统，其特征在于：所述长焦距透镜(204)的焦距值是短焦距透镜(202)的焦距值的四倍，所述长焦距透镜(204)的后焦点与共焦点(203)重合。
3.根据权利要求1所述的一种基于渐变折射率透镜的OCT光学4f扩束系统，其特征在于：所述渐变折射光纤准直器(201)内的准直透镜为渐变折射率透镜，所述渐变折射率透镜的口径大于0.5毫米。
4.根据权利要求1所述的一种基于渐变折射率透镜的OCT光学4f扩束系统，其特征在于：所述长焦距透镜(204)中心线所在的水平面与短焦距透镜(202)中心线所在的水平面位于同一水平高度，所述短焦距透镜(202)中心线所在的水平面与渐变折射光纤准直器(201)中心线所在的水平面位于同一水平高度。
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